RT Dissertation/Thesis
T1 Abgabe von bodenbürtigem Lachgas über Pflanzen
A1 Ferch,Norbert-Jakob
WP 2003/05/12
AB Ziel der Arbeit war es, die möglichen Transportwege und -formen (über den Transpirationsstrom gelöst im Transpirationswasser oder gasförmig durch Aerenchyme) von N2O durch Pflanzen zu untersuchen und zu bewerten.
Methodisch wurde das Ziel wie folgt realisiert: Entwicklung eines Versuchsaufbaus, der es zuließ, die mögliche N2O-Abgabe durch Pflanzen zu quantifizieren; unterschiedliche Transportwege für die N2O-Abgabe durch Pflanzen zu differenzieren; und Realisierung eines Versuchsaufbaus, mit dem es möglich war, unterschiedliche Einflussfaktoren für die N2O-Abgabe zu untersuchen.
	Zu Beginn wurden Versuche mit geschlossenen (ohne Luftaustausch mit der Umgebung) und kontrolliert offenen Systemen (mit Luftaustausch mit der Umgebung als Zwangsbelüftung durch Pumpen) vergleichend durchgeführt. Im geschlossenen System wurden Proben über Molekularsiebe und Vakutainer gewonnen. In diesen Proben wurde mit einem ECD (Elektroneneinfangdetektor) die Lachgaskonzentration gaschromatographisch (HP 5890) bestimmt. Zur Erfassung der Lachgasflüsse im kontrolliert offenen System wurde zusätzlich zu den oben angeführten Methoden noch eine Onlinemessung mit einem photoakustischen Messgerät (Multigas Monitor von Innova AirTech) durchgeführt. Die Messgenauigkeit des Onlinemessgerätes wurde mit einem Gaschromatographen evaluiert (HP 5890). Zur Bestimmung der N2O Konzentrationen war die Onlinemessung am geeignetsten, da es nur bei einer hohen zeitlichen Auflösung möglich war, Unterschiede zwischen Behandlung und Kontrolle sicher zu erfassen. Zur Durchführung der relevanten Versuche wurde ein kontrolliert offenes System verwendet, da im geschlossenen System binnen kürzester Zeit der CO2-Vorrat aufgebraucht war. Zusätzlich war die Luft in den geschlossenen Systemen nach wenigen Minuten wassergesättigt. Dies führte zu Wachstumshemmungen bei den Pflanzen sowie zu Störungen bei der N2O-Messung. Das kontrolliert offene System bestand aus einem jeweils wasser- und gasdichten Wurzel- und Sprosskompartiment. In das Wurzelkompartiment wurden definierte Lachgasmengen eingespritzt. Die im Sprosskompartiment gemessenen N2O-Konzentrationen wurden Kontrollen (ohne N2O-Anreicherung in der Nährlösung) und der zur Belüftung eingesetzten Luft gegenübergestellt. Für eine sichere Bestimmung der Lachgasabgabe durch Pflanzen war es unerlässlich, den Wurzelraum gasdicht vom Sprosskompartiment abzutrennen. Mit einer Mischung aus einer Abdruckmasse aus der Dentaltechnik (Optosil, Fa. Haereus) und einer weiteren Dichtungsmasse (Prestik AE hellgrau, Bostik GmbH) konnte dies erreicht werden. Um mögliche Einflussfaktoren auf die N2O-Abgabe mit größtmöglicher Sicherheit zu erfassen, wurde ein Nährlösungssystem etabliert. Bei der Pflanzenkultur in Nährlösung konnten folgende Parameter genau kontrolliert werden: Nährstoffkonzentrationen, pH-Wert, Konzentration unterschiedlicher in Wasser löslicher Gase (z.B. N2O, CO2), das Verhältnis Luftvolumen im Wurzelraum zu Volumen des Nährmediums im Wurzelraum.
Als Versuchspflanzen dienten: Sonnenblume (Helianthus annuus cv. Frankasol), Gerste (Hordeum vulgare cv. Scarlet), Reis (Oryza sativa cv. 94D-22), Mais (Zea mays cv. Helix).
Die Versuche mit Sonnenblume (keine Aerenchyme, N2O nur in Wasser gelöst angeboten) ergaben einen deutlichen Zusammenhang zwischen der N2O-Angebotskonzentration in der Nährlösung, der Transpirationsrate und der N2O-Emission in Form eines ausgeprägten Tag - Nachtrhythmuses. Bei gasförmigem N2O-Angebot im Wurzelraum lagen die Emissionsraten höher als bei einem ausschließlich in Wasser gelösten Angebot. Daraus könnte gefolgert werden, dass gasförmiges N2O besser pflanzenverfügbar ist als in Wasser gelöstes. 
Annähernd ähnliche Ergebnisse wurden auch innerhalb der Versuche mit Gerste erzielt, wobei die höchsten Lachgasemissionen bei rein wässrigem Lachgasangebot gemessen wurden.
Die Überprüfung der möglichen Abgabe von N2O gasförmig über Aerenchyme, wurde mit Reis durchgeführt. Auch bei Reis wurde ein ausgeprägter Tag - Nachtrhythmus bei der N2O-Emission gefunden. Dies führte zu dem Schluss, dass Aerenchyme nur einen geringen Beitrag zur N2O-Emission aus dem Wurzelraum leisten.
Da die N2O-Abgabe bei den drei oben aufgeführten Pflanzenarten nachts deutlich geringer war als tags, konnte geschlossen werden, dass das N2O über den Transpirationsstrom aus dem Wurzelraum in das Sprosskompartiment transportiert wurde.
Die Untersuchungen mit Mais ergaben sowohl in den mit N2O angereicherten Varianten als auch in den Kontrollvarianten unabhängig vom Angebot (in wässriger Lösung oder gasförmig) überraschenderweise eine Netto-N2O-Aufnahme. Dies führte zu der Annahme, dass das N2O als Stickstoffquelle metabolisiert werden kann.
Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass der wesentliche Transportweg für N2O offensichtlich der Transpirationsstrom und nicht das ?Ausgasen? (über Aerenchyme) ist.

K1 Lachgas
K1 Pflanzen
K1 Abgabe
K1 Aufnahmme
K1 nitrous oxide
K1 release
K1 Plants
K1 assimilation
PP Hohenheim
PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim
UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2003/31